幾何模型在TRT行程匹配中的應用

張春娟

（陜西鼓風機（集團）有限公司，西安 710611）

1 引言

陜鼓生產制造的能量回收透平發電裝置（簡稱：TRT），是一種將高爐爐頂煤氣具有的壓力能和熱能，通過膨脹作功轉化為機械能，驅動發電機發電或驅動其它設備進行能量回收的一種裝置。第一級靜葉為全靜葉可調的TRT，靜葉角度的開度大小是由動力油站提供動力的伺服作動器來控制完成的，伺服作動器能否準確地調整控制TRT的靜葉角度，是滿足用戶對風機性能要求的關鍵點，這也是TRT 裝配工序的技術關鍵。

2 結構介紹

本文介紹的TRT 結構特點為伺服作動器驅動、一級靜葉可調；可調的靜葉通過曲柄滑塊機構、搖柄機構和導向圈體（上下半水平剖分件）與伺服作動器連接，從而控制靜葉角度的開度，具體見圖1所示。導向圈體與搖柄機構組成導向機構，導向機構與安裝在機殼上的伺服作動器連接在一起，伺服作動器是由動力油站提供的12MPa的動力油控制作直線往復運動，從而帶動導向機構作小行程的圓周往復運動。曲柄滑塊機構因導向圈體運動而不停轉動，從而帶動靜葉作往復旋轉運動，不斷滿足工況調整需要。從而可以看出：靜葉角度的準確控制，取決于各個機構的匹配，如何有效匹配就成為TRT的裝配難點，也是風機運行性能好壞的決定因素。

圖1

3 存在問題

在TRT的裝配中，我們在靜葉角度的最小角的狀態下，以導向機構的下半件為基準進行機構的初始匹配，最終導向機構上、下半扣合，再通過微量調整伺服作動器來完成機構的精確匹配。在導向機構圖中給出伺服作動器的總行程，第一級靜葉角度的最大角、中間角、最小角；以上參數對技術工人的操作來說，沒有可操作性，因此轉換以上參數，找到便于技術工人操作的參數，是我們急需解決的問題。

4 解決辦法

4.1 建立幾何模型

為了解決此問題，我們對相關參數之間的關聯進行了分析。兩大機構(曲柄滑塊機構、導向機構)的相互配合實現了對靜葉角度的控制，這需要找出整個驅動機構中的關鍵件，通過對導向機構圖紙的分析，找出導向圈體是兩大機構的共同載體。從圖1 可以看出：曲柄滑塊機構中的滑塊安裝在導向圈體內孔槽內，搖柄機構中的座架安裝在導向圈體外圓上有一定角度的小平面上，因此導向圈體是我們解決問題的關鍵件；分析導向圈體在整個TRT 運轉過程中的運動特性，成為解決此問題的關鍵點。

通過長期的工作經驗總結，我們采用建立幾何模型的辦法有效解決了此問題，即將導向圈體的運動過程假定為勻速運動，當靜葉角度在最大角、中間角、最小角的三種狀態下，導向圈體運動到此三種位置的狀態下進行幾何模型的建立，結合圖紙給出的已知條件：伺服作動器的總行程，第一級靜葉角度的最大角、中間角、最小角和導向圈體的幾何尺寸，建立如圖2的幾何模型，通過相似三角形的特性，將以上參數轉化為式（1）和式（2），就可以計算出導向圈體外圓在第一級靜葉角度從最大角旋轉到中間角，或從中間角旋轉到最小角時的運動變量值，此運動變量值便于技術工人的操作，從而解決了TRT 行程匹配中的操作難題。

其中：

L 為伺服作動器總行程；β1為第一級靜葉角度的最大角；β2為第一級靜葉角度的中間角；β3為第一級靜葉角度的最小角；A、B 值可從導向機構圖中查到。

從式（1）、式（2）可以計算出X1、X2值，即可知道第一級靜葉角度在最大角、中間角、最小角的狀態下導向圈體運動的相對位置。操作人員根據X1、X2值，以下半導向圈體中分面部位為基準，確定導向圈體在靜葉角度極限位置時的變化量為X1、X2值，X1是靜葉角度關到最小時的量，X2是靜葉角度開到最大時的量。以上過程為設計要求值的相關計算過程，實際的匹配操作只須將導向圈體運動到X1或X2值位置，再將TRT的一級靜葉角度確定為最小角或最大角，在此時將各個機構的相互位置確定，就完成行程的初始匹配。操作過程簡單、直觀、可行。

4.2 幾何模型的應用（以某TRT 產品為例）

已知數據：第一級靜葉角度的最大角β1=60°,中間角β2＝45°，最小角β3=20°，伺服作動器總行程 L=120mm；A=830mm，B=1020mm；按照圖2 幾何模型建立圖3的簡單幾何模型圖。利用以上數學公式計算:

通過計算得出X1=61.03mm、X2=36.62mm，即可知道第一級靜葉角度從中間角關到最小角時導向圈體運動值為61.03mm；第一級靜葉角度從最大角關到中間角時導向圈體運動值為36.62mm。將導向圈體向關的方向運動61.03mm，第一級靜葉角度定為20°，將導向圈體向開的方向運動36.62mm，第一級靜葉角度定為60°，即完成行程匹配操作。

5 結論

在TRT 產品的行程匹配過程中，工程技術人員通過建立幾何模型，并利用公式可快速計算出X1、X2值，技術工人依據X1、X2值即可完成行程的初始匹配，最終在檢測靜葉角度時微量調整伺服作動器來達到最佳匹配效果。通過在20 多臺產品中應用此建立幾何模型的方法，解決了TRT的行程匹配問題，均能滿足圖紙的精度要求。從而可以看出，在工程技術領域中建立幾何模型的方法能解決實際生產技術難題，是一種有效可行的方法。

圖3